专利名称：抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料技术领域，具体涉及抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢及 其制备方法。
背景技术：
双相钢是在铁素体基体上分布不同种类和体积分数的硬相从而使其具有良好的强度和塑 性组合，从而极大的促进了其应用的广泛性。现在工业领域己经可以实现抗拉强度达1000MPa 级双相钢板的制备，且主要是利用控制轧制以及对后续冷却路径的有效控制实现。其中所涉 及的强化方法主要是提高硬相比例和细晶强化。对于强度大于lOOOMPa级别的高强以及超高 强双相钢现阶段的研发还很少，尤其是具有产业化前景的工艺方法更是少见。通常强度的提 高往往是以牺牲塑性为代价，多数研究中涉及的高强钢虽然具有相当高的强度级别，个别强 度甚至接近2000MPa级，但是其延伸率几乎为零，多数延伸率都在10%以下，使其应用的可 能性大大折扣。
钢铁材料强度的升级必然能够有效的扩大其应用领域，当然这必须考虑塑性因素，只有 两者存在良好的配比关系，才能从根本上实现材料升级换代的目标。在当今随着可持续发展 观念日渐深入人心，也是处于节能和节约资源考虑，各国的材料研究工作者更倾向于利用细 晶强化来提升材料的使用性能；而有关晶粒超细化的研究工作至今在国内外开展的工作已有 很多，且涉及的方法也多种多样，归结起来主要有两大类改进型TMCP，大塑性变形。对 比来看改进型TMCP工艺的工业化前景似乎更为良好，但目前这方面的研究仍然较少。
发明内容
针对现有技术上的问题，本发明提供如下抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相 钢及其制备方法。
本发明的抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相钢的化学成分分为两种 第一种低碳钢的化学组成成分按重量百分比为含C 0.10~0.20%，Si 0.1 1.5%， Mn
1.0~2.0%， P^O.01%, S^3.01%， Nb0.02~0,05%，余量为Fe;
第二种低碳钢的化学组成成分按重量百分比为含C 0.10~0.20%，Si 0.1~1.5%， Mn
1.0~2,0%， P^0.01%， SS0.01%， Nb0.02~0.05%， V0.05~0.07%， Ti 0.02~0.05%，余量
为Fe
本发明的抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体冯氏体双相钢双相钢的制备方法为 1、冶炼低碳钢，浇铸成铸坯，其成分为上述第一种低碳钢或第二种低碳钢。
2、 将铸坯加热至120(TC保温2h后，轧制成热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/ 珠光体组织。
3、 将空冷后的热轧板坯加热至500'C保温l~2h后，进行多道次轧制，累计压下量为 80%~95 % ，获得温轧板坯。
4、 将温轧板坯以2lO。C/s的速度加热至800~900°C，保温l 5s后，空冷至650~750°C， 单道次轧制，压下量为30~60%，随即入水冷却，制备成铁素体/马氏体双相钢。
本发明主要利用低碳微合金钢为原料，充分利用了细晶强化(铁素体基体平均晶粒尺寸 <2pm)以及复相强化方式，且在组织中引入较多量的残余奥氏体组织，通过一种简便的TMCP 工艺方式获得抗拉强度接近或达到1200MPa级的高强双相钢，所得双相钢心部马氏体体积分 数高于板材表面马氏体体积分数，且基体铁素体的平均晶粒尺寸〈2pm;抗拉强度1200MPa， 屈强比约为0.6且总延伸率在15%左右，具有良好的综合力学性能，从而在获得高强度的同 时能够保证良好的塑性，显示了这一工艺方法的优越性。本发明的方法工序简单，可操作性 较强，并且具有良好的工业应用前景。
图1为本发明的铁素体/马氏体双相钢的制备方法中的由热轧板坯到制备成铁素体/马氏
体双相钢的操作流程示意图，图中Te为保温温度，e为压下量，其中第一阶段是将具有铁素 体/珠光体组织的热轧坯加热至50(TC保温后温轧而获得温轧铁素体/珠光体特征组织；第二阶 段则是将温轧后坯料快速升温至要求温度，经后续单道次热轧及冷却而得到最终样品。
图2为本发明抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相钢的制备方法中的热轧板坯 的铁素体/珠光体组织电镜扫描图。
图3为本发明抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相钢的铁素体/马氏体组织扫描 电镜(SEM)图，其中(a)钢板表面附近组织，(b)钢板心部组织。
图4为本发明抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相钢的比例试样以应变速率 2><10—3拉伸时的拉伸曲线图。
具体实施例方式
实施例1
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成(()150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C 0.12%， SiO.13%, Mnl.30%， P0.01%， S 0.007%， Nb 0.02
%，余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至120(TC保温2h后，在实验室小450轧机上 经4道次轧制成厚40mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/珠光体组织。
图2为该热轧板坯的铁素体/珠光体组织电镜扫描图。
将热轧板坯加热至5Q0'C保温lh后，在小300轧机上经多道次轧制，累计压下量92%， 获得板坯厚度为3.2mm的温轧板坯。
将温轧板坯以10°C/s的速度加热至卯(TC，保温5s，然后空冷至700'C，在实验室*300 轧机上单道次轧制，压下量为40%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(VM)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产2.0;表面附近VM/V产0.15;其中铁素体晶粒尺寸为1.5士0.3pm。该铁素体/马氏体双相钢 钢板抗拉强度为1190MPa，屈强比约为0.58，总延伸率17%。 实施例2
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成小150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C0.16X， Sil.38%， Mnl.80%， P 0.008%， S 0.006%, Nb 0.05 %， V0.06%， TiO.03%,余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至1200'C保温2h后， 在实验室())450轧机上经8道次轧制成厚40mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/ 珠光体组织。
将热轧板坯加热至500'C保温1.5h后，在(j)300轧机上经多道次轧制，累计压下量93%， 获得板坯厚度为2.8mm的温轧板坯。
将温轧板坯以15°C/s的速度加热至850°C，保温2s，然后空冷至700。C，在实验室小300 轧机上单道次轧制，压下量为40%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(Vm)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产2.5;表面附近VM/V产0.25;其中铁素体晶粒尺寸为1.0士0.5nm。该铁素体/马氏体双相钢 钢板抗拉强度为1200MPa，屈强比约为0.59，总延伸率14.88%。
图3为该铁素体/马氏体双相钢板材表面以及心部组织的扫描电镜(SEM)图。
图4为该铁素体/马氏体双相钢板材的比例试样以应变速率2><10—3拉伸时的应力-应变曲
线图。 实施例-3
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成(()150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C0.16%， Si 1.38%, Mnl.80%， P 0.008%, S 0.006%， Nb 0.05 %， V0.06%， Ti0.03%，余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至1200'C保温2h后， 在实验室—50轧机上经8道次轧制成厚30mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/ 珠光体组织。 将热轧板坯加热至500。C保温2h后，在小300轧机上经多道次轧制，累计压下量90% ， 获得板坯厚度为3mm的温轧板坯。
将温轧板坯以15°C/s的速度加热至85(TC，保温3s，然后空冷至700。C，在实验室(j)300 轧机上单道次轧制，压下量为40%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(Vm)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产2.0;表面附近VM/V产0.2;其中铁素体晶粒尺寸为1.4±0.2pm。该铁素体/马氏体双相钢 钢板抗拉强度为1200MPa，屈强比约为0.61，总延伸率大于15.2%。 实施例4
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成小150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C 0.12%， Si0.13%， Mnl.30%, P0.01%， S 0.007%， Nb 0.02 %,余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至1200。C保温2h后，在实验室(()450轧机上 经8道次轧制成厚40mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/珠光体组织。
将热轧板坯加热至50(TC保温lh后，在())300轧机上经多道次轧制，累计压下量80%， 获得板坯厚度为8mm的温轧板坯。
将温轧板坯以2(TC/s的速度加热至850。C，保温ls，然后空冷至650。C，在实验室+300 轧机上单道次轧制，压下量为60%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(Vm)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产1.5;表面附近VM/V产0.12;其中铁素体晶粒尺寸为1.2±0.3pm。该铁素体/马氏体双相钢 钢板抗拉强度为1195MPa，屈强比约为0.65,总延伸率18.92%。 实施例5
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成(()150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C 0.12%， Si0.13%， Mnl.30%， P0.01%， S 0.007%， Nb 0.02 %，余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至1200'C保温2h后，在实验室(j)450轧机上 经8道次轧制成厚40mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/珠光体组织。
将热轧板坯加热至50(TC保温1.5h后，在^)300轧机上经多道次轧制，累计压下量95%， 获得板坯厚度为2mm的温轧板坯。
将温轧板坯以15'C/s的速度加热至85(TC，保温3s，然后空冷至75(TC，在实验室(j)300 轧机上单道次轧制，压下量为30%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(Vm)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产2.0;表面附近VM/V产0.22;其中铁素体晶粒尺寸为1.4±0.3nm。该铁素体/马氏体双相钢
钢板抗拉强度为1190MPa，屈强比约为0.62，总延伸率17.44%。 实施例6
在50Kg真空感应炉内冶炼低碳钢，然后浇铸成())150mmx500mm的圆柱形铸坯，其化学 组成成分按重量百分比为含C0.16X， Sil.38%， Mnl.80%， P 0.008%, S 0.006%， Nb 0.05 %， V0.06%， Ti0.03%，余量为Fe;将铸坯置于高温电阻炉内，加热至1200。C保温2h后， 在实验室纟450轧机上经8道次轧制成厚40mm的热轧板坯，空冷至室温，使之具有铁素体/ 珠光体组织。
将热轧板坯加热至50(TC保温2h后，在(])300轧机上经多道次轧制，累计压下量85% ， 获得板坯厚度为6mm的温轧板坯。
将温轧板坯以2(TC/s的速度加热至80(TC，保温4s，然后空冷至750。C，在实验室小300 轧机上单道次轧制，压下量为50%，随即入水冷却至室温，制备成铁素体/马氏体双相钢。
该铁素体/马氏体双相钢钢心部马氏体体积分数(Vm)与铁素体体积分数(VF)比Vm/ V产1.5;表面附近VM/V产0.18;其中铁素体晶粒尺寸为L2士0.5^im。该铁素体/马氏体双相钢 钢板抗拉强度为1195MPa，屈强比约为0.59，总延伸率16.17% 。
权利要求
1、一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢，其特征在于该铁素体/马氏体双相钢的化学组成成分按重量百分比为含C 0.10～0.20％，Si 0.1～1.5％，Mn 1.0～2.0％，P≤0.01％，S≤0.01％，Nb 0.02～0.05％，余量为Fe。
2、 一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢，其特征在于该铁素体/马氏体双 相钢的化学组成成分按重量百分比为含C 0.10~0.20%， Si 0.1 1.5%， Mn 1.0~2.0%， P ￡0.01%， S 50.01%， Nb 0.02~0.05%， V0.05~0.07%， Ti 0.02~0.05%，余量为Fe。
3、 根据权利要求l或2所述的一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体冯氏体双相钢，其 特征在于所述的铁素体/马氏体双相钢板材心部马氏体体积分数高于其表面马氏体体积分数， 且铁素体基体的平均晶粒尺寸〈2pm。
4、 根据权利要求l或2所述的一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢，其 特征在于所述的铁素体/马氏体双相钢板材抗拉强度在1190Mpa以上，屈强比在0.58-0.65， 总延伸率在14.88%以上。
5、 一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢的制备方法，其特征在于冶炼 低碳钢，浇铸成铸坯，其化学组成成分为权利要求1或2所述的成分；然后将铸坯轧制成热 轧板坯，空冷至室温；将空冷后的热轧板坯加热至500'C保温l 2h后，进行多道次轧制，累 计压下量为80~95%，获得温轧板坯；将温轧板坯加热至800~900°C，然后空冷至650~750°C， 单道次轧制，压下量为30 60%，随即入水冷却，制备成高抗拉强度的铁素体/马氏体双相钢。
6、 根据权利要求5所述的一种抗拉强度大于lOOOMPa的铁素体/马氏体双相钢的制备方 法，其特征在于热轧板坯是将铸坯加热至1200°C，保温2h后热轧而成，且具有铁素体/珠光 体组织。
7、 根据权利要求5所述的一种抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢的制备方 法，其特征在于将温轧板坯以2l(TC/s的速度加热至800 90(rC，保温l 5s后进行空冷。
全文摘要
抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢及其制备方法，其特征在于该铁素体/马氏体双相钢的化学组成成分按重量百分比为含C 0.10～0.20％，Si 0.1～1.5％，Mn 1.0～2.0％，P≤0.01％，S≤0.01％，Nb 0.02～0.05％，余量为Fe；或按重量百分比为含C 0.10～0.20％，Si 0.1～1.5％，Mn 1.0～2.0％，P≤0.01％，S≤0.01％，Nb 0.02～0.05％，V 0.05～0.07％，Ti 0.02～0.05％，余量为Fe。制备方法为按低碳钢经冶炼，浇铸成上述成分的铸坯；然后轧制成热轧板坯；再将空冷后的热轧板轧制成温轧板坯；将温轧板坯制备成铁素体/马氏体双相钢。本发明的方法工序简单，可操作性较强，并且具有良好的工业应用前景。
文档编号C21D8/02GK101338397SQ200810012698
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者刘相华, 姚圣杰, 杜林秀, 王国栋 申请人:东北大学